[發明專利]軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法

在審

• 申請號: 202010895433.3
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112016233A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 呂清濤;姚佳佳;季松林
• 申請（專利權）人: 江蘇驃馬智能工業設計研究有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06T17/20;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 常州品益專利代理事務所(普通合伙) 32401
• 代理人: 張岳

本發明公開了一種軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，包括獲取軌道式巡檢機器人驅動機構部件的材料屬性與尺寸；利用有限元法參數化技術建立三維模型并對主要結構尺寸做參數化處理；施加材料屬性并建立備用材料庫；施加邊界條件并對關鍵位置的鏈接關系做參數化處理；對三維模型做有限元網格劃分獲得有限元模型；對軌道式巡檢機器人驅動機構做動力學分析并得到分析結果；判斷結構最大等效應力和最大變形是否符合預設條件。本發明解決了傳統巡檢機器人開發過程中，結構優化時重復性設計和加工樣件造成的重復工作和時間，針對不同優化方案避免做多次重復試驗驗證，從而縮短了研發和優化時間，節省了開發經費，并提高了分析精度。

技術領域：

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法。

背景技術：

隨著電力系統規模的發展，對電力線路的安全運行和供電可靠性的要求越來越高。為了保障電力系統的正常運轉，電力巡檢已經成為電力從業人員重要的日常工作之一。人工電力巡檢勞動強度大、工作效率低、檢測質量分散、手段單一，且存在一定的漏檢風險。而軌道式巡檢機器人可代替人工，實現實時的在線巡檢。

軌道式巡檢機器人主要包括驅動機構、升降機構、剎車機構、控制模塊、信息采集單元等。而驅動機構是巡檢機器人的運動核心部件，主要用于驅動整個機器人沿導軌方向的行走。驅動機構的動力學響應性能是影響巡檢機器人正常工作的關鍵，但現在國內外主要關注在驅動機構控制模塊的設計和開發，驅動機構的優化主要通過重復性試驗或改變驅動機構的關鍵部件的幾何尺寸，不斷重新建立幾何模型，通過比較不同的靜力學分析結果后再做優化。

通過對現有技術的研究，申請人發現現有技術存在以下問題：

對于更改驅動機構的關鍵尺寸來說，僅僅是從靜力學角度做分析，并沒有考慮動力學方面的影響。

更改驅動機構的關鍵尺寸，通過多次重復建模和計算，做到盡量降低驅動機構的最大等效應力和最大變形，并不能實現驅動機構的理論最佳優化結果。

并沒有考慮驅動機構中接觸區域的不同摩擦系數和不同材料對動力學分析結果的影響。

驅動機構優化時，重復建模引起的重復工作，不僅浪費很多時間，而且會引入建模誤差。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種無需重復建模就能夠得到優化分析結果的軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種軌道式巡檢機器人驅動機構動力學優化仿真分析方法，包括如下步驟：

步驟S101：從設計圖中獲取巡檢機器人的驅動機構的驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的材料屬性與尺寸；

步驟S102：根據S101獲取的尺寸，利用三維建模軟件對驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌建立三維幾何模型并導入有限元軟件，然后對主要結構尺寸做參數化處理；

步驟S103：根據S101獲取的材料屬性，利用有限元軟件建立材料庫，同時建立備選材料的材料庫，然后對驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的幾何模型賦予材料屬性；

步驟S104：利用有限元軟件，對步驟S103的幾何模型建立邊界條件，并對關鍵位置的邊界條件做參數化處理；

步驟S105：利用有限元軟件，將步驟S104的三維幾何模型進行有限元網格劃分，使有限元網格模型的參數與驅動電機、電機減速器、齒輪組、驅動輪組、深溝球軸承、支架和導軌的參數相匹配，得到驅動機構的有限元網格模型；

步驟S106：利用有限元軟件，對有限元網格模型做動力學分析，得到驅動機構的動力學分析結果；